JP5933299B2 - プレス成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、テーラードブランク材に対してプレス成形を施すためのプレス成形装置に関する。

薄肉部と厚肉部を有する（換言すれば、部位によって肉厚が相違する）テーラードブランク材は、例えば、自動車車体を構成する部材を得るためのワークとして広汎に採用されるに至っている。なお、この種のテーラードブランク材は、一般的には、薄板と厚板を接合することで得られるが、部位によって肉厚が相違する一枚の板材であってもよいことは勿論である。

このような形状のテーラードブランク材に対し、絞り成形（ドロー工程）にて大まかな形状に成形した後、仕上げ加工（リストライク工程）を施すことで細部の形状を成形する場合がある。例えば、天面と、屈曲した角部を介して該天面に連なる縦壁とを有する成形体を得る場合、天面は絞り成形にて成形される。一方、角部及び縦壁は、絞り成形にて予備成形された後、仕上げ加工によって最終的な形状に仕上げられる。

この場合、特許文献１の図２等に説明されるように、ワークの段差と金型の段差との間にズレが生じることがある。このような事態が発生すると、ワークが下型に向かって引っ張られる際、段差の近傍の薄肉部が支持されないために変形が生じる。

なお、段差同士のズレは、プレス成形中にワークが動いたり、ワークが延展すること等に起因して生じる。特に、ワークの厚みがちいさい場合、後者が顕著となる。

変形が生じると、以下の不具合を招く。すなわち、第１に、変形量が大きい場合には、製品として求められる形状精度を保つことができない。第２に、複数個の製品間で変形量にバラツキがあると、製品同士を並べたときに変形量の差異が目立つことになる。

以上から、テーラードブランク材のプレス成形においては、段差同士のズレによる変形量を小さくすること、及び変形量を可及的に均等とすることが求められる。

しかしながら、角部に変形が発生することを抑制することは特に困難である。その理由は、以下の通りである。

先ず、絞り成形で成形する天面については、ブランクホルダで張力が作用する方向を調整する等することにより、変形が発生することを抑制することができる。しかしながら、仕上げ加工では、ブランクホルダを用いずに成形することが一般的であるため、張力が作用する方向を調整することができない。加えて、縦壁は、プレスの際に荷重が作用する方向に沿って延在しているので、金型へ押し付けられる力がさほど大きくないのに対し、角部は、金型へ押し付けられる力が比較的大きい。このため、リストライク工程で角部に変形が発生することを抑制することは容易ではない。

また、絞り成形では、ワークを金型へ押し付ける力が発生するが、この力が大きいと、位置ズレ部分が陥没して変形が発生することになる。

この力は、角部において最も顕著である。すなわち、天面では、ブランクホルダによる張力が、角部を介して横方向（プレスの際に荷重が作用する方向に対して略直交する方向）に分散され、また、縦壁は、上記したようにプレスの際に荷重が作用する方向に沿って延在しているので、金型へ押し付けられる力がさほど大きくないからである。

天面及び縦壁については、ワークの材質や形状を工夫することによって、変形を許容範囲内に収めることが可能である。これに対し、角部については、上記したように大きな力が作用することから、変形を許容範囲内に収めることは困難である。

天面及び縦壁は、面であるために変形が生じたとしても目立ち難い。しかしながら、角部は稜線となるため、一部に変形（凹み）が存在すると目立ち易い。

前記特許文献１には、下型の載置面に硬質ゴムをライニングし、該硬質ゴムの弾性に基づいて厚肉部を該硬質ゴムに埋没させることによって、変形が生じることを回避しようとする技術が開示されている。しかしながら、この場合、テーラードブランク材と硬質ゴムとの間で摩擦が起こるので、硬質ゴムが摩耗する懸念がある。

特開２０１０−３６２２２号公報

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、角部に発生する変形の大きさや位置のバラツキを抑制し得るプレス成形装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、薄肉部と厚肉部を有し、前記薄肉部と前記厚肉部との間に段差部が形成されたテーラードブランク材に対してプレス成形を施すプレス成形装置において、
前記テーラードブランク材を載置する載置面と、前記載置面に曲折部を介して連なり、且つ前記載置面に対して傾斜する方向に延在する傾斜壁部とを有する下型と、
前記載置面に支持された前記テーラードブランク材を押圧し、該テーラードブランク材を、前記曲折部及び前記傾斜壁部に沿って成形するための上型と、
を備え、
前記載置面及び前記傾斜壁部は、それぞれ、前記厚肉部を支持する第１載置面及び第１傾斜壁部と、前記薄肉部を支持する第２載置面及び第２傾斜壁部とを有し、
前記第１傾斜壁部と前記第２傾斜壁部との間、及び前記第１載置面と前記第２載置面との間に、前記テーラードブランク材の前記段差部に対応した第１段差部及び第２段差部がそれぞれ形成され、
前記第１傾斜壁部及び前記第２傾斜壁部は、それぞれ、屈曲した第１曲折部、第２曲折部を介して前記第１載置面、前記第２載置面に連なり、
且つ前記第１曲折部と前記第２曲折部との間に段差がないか、又は、前記第１段差部及び前記第２段差部に比して小さい段差が形成されていることを特徴とする。

すなわち、本発明においては、曲折部に段差を設けていないか、段差を設ける場合には、載置面及び傾斜壁部に形成された段差よりも小さなものとする。このような構成のプレス成形装置にてテーラードブランク材にプレス成形を施すと、毎回のプレス成形において形成される変形が略同程度となる。換言すれば、変形の程度を許容範囲内で略一定とすることができる。

変形の程度が略一定であるため、複数個の成形体（商品）につき、見栄えが均一となる。又は、変形を何らかの装飾として取り込む（変形を後利用する）等、何らかの対処も可能である。

このように、変形の程度が略一定となることにより、該変形のその後の取り扱いの選択が容易となる。

なお、このプレス成形装置は、テーラードブランク材の一部を支持するブランクホルダを有するものであってもよい。又は、下型と上型との間でテーラードブランク材を押圧するパッドを有するものであってもよい。

本発明においては、下型の載置面及び傾斜壁部に、テーラードブランク材の厚肉部を支持する厚肉部支持部と、該テーラードブランク材の薄肉部を支持する薄肉部支持部と、テーラードブランク材の段差部に対応する段差とを設ける一方、これら載置面と傾斜壁部の間に介在する曲折部には、段差を設けないか、又は、該段差よりも小さな段差を設けるようにしている。

このため、本発明によれば、毎回のプレス成形において形成される変形の程度を、略一定とすることができる。従って、複数個の成形体（商品）の見栄えが揃う。又は、この変形を、何らかの装飾として後利用することもできる。

本発明の実施の形態に係るプレス成形装置の要部分解斜視図である。 下型における載置面の段差部、及び傾斜壁部の段差部と、曲折部との関係を示した要部拡大斜視図である。 テーラードブランク材を載置した状態で示した図２中のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１に示すプレス成形装置を構成する上型を下降させた状態を示す要部縦断面図である。 図４の状態における曲折部の近傍でのテーラードブランク材の状態を示した要部側面断面図である。 前記上型を図４からさらに下降させた状態を示す要部縦断面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ図６の状態における曲折部の近傍でのテーラードブランク材の状態を示した側面断面図である。 別の実施の形態に係るプレス成形装置の要部縦断面図である。 また別の実施の形態に係るプレス成形装置の要部縦断面図である。

以下、本発明に係るプレス成形装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るプレス成形装置１０の要部分解斜視図である。このプレス成形装置１０は、テーラードブランク材１２に対してプレス成形を施すためのものである。

はじめに、このテーラードブランク材１２につき概略説明する。図１に示すように、テーラードブランク材１２は、厚板と薄板を溶接等で一体に接合させた金属板からなり、前記厚板からなる厚肉部１４と、前記薄板からなる薄肉部１６とを有する。なお、一方の面（図１における上面）は平坦面１２ａであり、他方の面（図１における下面）には、厚肉部１４と薄肉部１６との肉厚差によって段差部１２ｂが形成される。また、図１における参照符号１２ｃは、前記厚肉部１４と薄肉部１６との接合面を示す。

次に、前記プレス成形装置１０について説明する。図１に示すように、プレス成形装置１０は、凸型の固定金型からなる下型１８と、凹型の可動金型からなる上型２０と、前記下型１８の両側に配置され、前記上型２０と共同してテーラードブランク材１２を位置決め保持する一対のホルダ部２２ａ、２２ｂとを有する。

この中の下型１８は、略矩形状の基部２４と、この基部２４と一体的に形成され、図１において上方へと立ち上がるパンチ部２６とを有する。パンチ部２６は、基部２４の各端部から所定の角度で傾斜し、且つ互いに接近するように立ち上がった第１傾斜壁部２８ａ、２８ｂ、及び第２傾斜壁部３０ａ、３０ｂを有し、第１傾斜壁部２８ａと第２傾斜壁部３０ａとの間、及び第１傾斜壁部２８ｂと第２傾斜壁部３０ｂとの間には、第１段差部３２ａ、３２ｂが介在する。

第１傾斜壁部２８ａ、２８ｂは、それぞれ、屈曲した第１曲折部３４ａ、３４ｂを介して、パンチ部２６の上面である第１載置面３６に連なっている。同様に、第２傾斜壁部３０ａ、３０ｂは、湾曲した第２曲折部３８ａ、３８ｂを介して、パンチ部２６の上面である第２載置面４０に連なっている。第１載置面３６と第２載置面４０との間には、第２段差部４２が介在する。第１段差部３２ａ、３２ｂ、及び第２段差部４２の段差は、テーラードブランク材１２の段差部１２ｂの段差に対応する。

ここで、第１段差部３２ａ及び第２段差部４２の近傍の斜視図を拡大して図２に示す。上記したように、第１傾斜壁部２８ａと第２傾斜壁部３０ａとの間に第１段差部３２ａが介在し、且つ第１載置面３６と第２載置面４０との間に第２段差部４２が介在する。その一方で、第１曲折部３４ａと第２曲折部３８ａの間に段差は存在しない。第１曲折部３４ｂと第２曲折部３８ｂにおいても同様に、これら第１曲折部３４ｂと第２曲折部３８ｂの間に段差は存在しない。

従って、テーラードブランク材１２の厚肉部１４は、後述するように、第１傾斜壁部２８ａ、２８ｂ、第１曲折部３４ａ、３４ｂ及び第１載置面３６に支持され、その一方で、薄肉部１６は、第２傾斜壁部３０ａ、３０ｂ、第２載置面４０及び第２曲折部３８ａ、３８ｂに支持される。換言すれば、第１傾斜壁部２８ａ、２８ｂ、第１曲折部３４ａ、３４ｂ及び第１載置面３６は、厚肉部１４を支持する厚肉部支持部として機能し、第２傾斜壁部３０ａ、３０ｂ、第２載置面４０及び第２曲折部３８ａ、３８ｂは、薄肉部１６を支持する薄肉部支持部として機能する。

要するに、本実施の形態においては、テーラードブランク材１２を載置する載置面として第１載置面３６及び第２載置面４０、該載置面に対して傾斜するように連なる傾斜壁部として第１傾斜壁部２８ａ、２８ｂ及び第２傾斜壁部３０ａ、３０ｂ、載置面と傾斜壁部の間に介在する曲折部として第１曲折部３４ａ、３４ｂ及び第２曲折部３８ａ、３８ｂが存在する。そして、載置面及び傾斜壁部に第１の厚肉部支持部（第１載置面３６、第１傾斜壁部２８ａ、２８ｂ）と第１の薄肉部支持部（第２載置面４０、第２傾斜壁部３０ａ、３０ｂ）が形成されるとともに、これら第１の厚肉部支持部と第１の薄肉部支持部との間に、段差（第１段差部３２ａ、３２ｂ、第２段差部４２）が設けられる。一方、曲折部には、第２の厚肉部支持部（第１曲折部３４ａ、３４ｂ）、第２の薄肉部支持部（第２曲折部３８ａ、３８ｂ）が形成される。

下型１８の基部２４の両側部には、昇降動作可能な前記ホルダ部２２ａ、２２ｂが配設される。ホルダ部２２ａは、前記基部２４の長手方向の長さと同等の長さを有するホルダ本体４４を有し、このホルダ本体４４は、図示しないシリンダから延在するシリンダロッド４６ａ、４６ｂが前進（上昇）・後退（下降）動作することに伴って、図１における上下方向に進退動作（昇降動作）する。

ホルダ本体４４にも、段差部１２ｂに対応する段差４７が設けられる。

ホルダ部２２ｂは、ホルダ部２２ａと同様に構成されており、従って、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

下型１８の上方に配設される上型２０は、ダイ本体４８を有し、その下部には、下型１８の第１傾斜壁部２８ａ、２８ｂ及び第２傾斜壁部３０ａ、３０ｂの傾斜角度に対応する角度で拡開する凹部５０が形成される。この凹部５０の存在によって、ダイ本体４８には、脚部５２ａ、５２ｂが形成される。

脚部５２ａ、５２ｂの凹部５０側の端部は、緩やかな湾曲部５４ａ、５４ｂを形成し、この湾曲部５４ａ、５４ｂが前記凹部５０を形成する側壁部５６ａ、５６ｂに連設されている。これら側壁部５６ａ、５６ｂの他端部は、凹部５０の頂面としての平坦な押圧部５８に連なる。

以上のように構成される上型２０は、図示しない昇降機構の作用下に、下型１８に対して接近又は離間する方向に変位可能（昇降可能）である。

本実施の形態に係るプレス成形装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。

テーラードブランク材１２に対しては、このプレス成形装置１０により、以下のようにしてプレス成形が施される。

まず、ホルダ部２２ａ、２２ｂのシリンダロッド４６ａ、４６ｂを上昇させ、これらホルダ部２２ａ、２２ｂのホルダ本体４４、４４上と、パンチ部２６の上面にテーラードブランク材１２を載置する。この際には、テーラードブランク材１２の厚肉部１４を第１載置面３６に載置するとともに、薄肉部１６を第２載置面４０に載置する。なお、この時点で、テーラードブランク材１２の段差部１２ｂと、パンチ部２６の第２段差部４２との位置を合致させる必要は特にない。

図３は、テーラードブランク材１２を載置した状態で示した図２中のＡ−Ａ線矢視断面図である。この時点では、厚肉部１４が第１曲折部３４ａ、３４ｂに載置されて支持され、且つ薄肉部１６は第２曲折部３８ａ、３８ｂから離間している。

次に、前記昇降機構を付勢し、該昇降機構の作用下に上型２０を下降させる。これにより、上型２０が下型１８に向かって接近する。

この接近の最中、上型２０の脚部５２ａ、５２ｂの底面が、テーラードブランク材１２の平坦面１２ａに当接する。すなわち、テーラードブランク材１２が、ホルダ部２２ａ、２２ｂと上型２０によって挟持される。

上型２０が一層下降すると、シリンダロッド４６ａ、４６ｂが押圧によって下降し、これに追従してホルダ本体４４、４４が下降する。すなわち、ホルダ本体４４、４４は、上型２０と一体的に下降する。その結果、図４に示すように、厚肉部１４が第１曲折部３４ａ、３４ｂ、第２曲折部３８ａ、３８ｂを基点として折曲されるとともに、これに追従して薄肉部１６が折曲される。

なお、各図においては簡素に示しているが、実際には、テーラードブランク材１２に三次元的な形状が付与される。このため、成形が進行するに従って、テーラードブランク材１２に対し、図１中の矢印Ｄ、Ｅ方向に指向する引張力が作用する。この引張力により、テーラードブランク材１２が移動したり、薄肉である場合には延展が生じたりする。その結果、図５に示すように、第１曲折部３４ａ、３４ｂと第２曲折部３８ａ、３８ｂの境界と、段差部１２ｂとの位置ズレが生じる。

また、テーラードブランク材１２は、ホルダ部２２ａ、２２ｂによって引っ張られ、結局、下型１８側に引っ張られる。この引っ張りにより、厚肉部１４と薄肉部１６との間に変形６０が形成される。

ホルダ本体４４、４４と上型２０をさらに一体的に下降させると、図６に示すように、下型１８のパンチ部２６が、上型２０の凹部５０に進入する。従って、テーラードブランク材１２が、断面ハット状に成形される。

この際、テーラードブランク材１２の平坦面１２ａが、上型２０の押圧部５８によって押圧される。このため、テーラードブランク材１２の段差部１２ｂが堅牢に挟持され、ここでの位置ズレが阻止される。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、薄肉部１６の延展量は一定ではなく、プレス成形を行う毎に相違することが一般的である。しかしながら、上記した理由から、図７Ａ及び図７Ｂに参照符号Ｌとして示した変形６０の長さは略同等となる。すなわち、本実施の形態によれば、プレス成形毎に変形６０の長さＬを略一定とすることが可能である。勿論、第２曲折部３８ｂと側壁部５６ｂとの間においても同様である。

すなわち、第１曲折部３４ａ、３４ｂと第２曲折部３８ａ、３８ｂの間に、テーラードブランク材１２の段差部１２ｂに対応する段差部を設けず、第１曲折部３４ａ、３４ｂで厚肉部１４のみを支持し、その一方で、第２曲折部３８ａ、３８ｂと薄肉部１６との間に間隙を設け、この状態でプレス成形を行うことにより、長さＬが略一定、換言すれば、同程度である変形６０を毎回得ることができる。

変形６０の長さＬが同程度である場合、次工程である仕上げ加工（リストライク工程）において用いる金型を、変形６０を消失させるための形状とすることが容易となる。そのようにしない場合であっても、不可避的に形成される変形６０の程度が略一定であるので、製品同士の見栄えが揃う。すなわち、見栄えが均一となる。又は、変形６０を何らかの装飾とすることも可能である。

このように、本実施の形態によれば、毎回のプレス成形において変形６０の長さＬを略一定とすることが可能であるので、該変形６０への対応が容易となる。

以上のようにしてテーラードブランク材１２にプレス成形（ドロー加工）が施されることにより、中間成形体６２が得られる。この中間成形体６２に対し、図示しないリストライク成形装置によって仕上げ加工（リストライク工程）を施すようにしてもよい。これにより、最終製品である成形体が得られるに至る。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取りうることは勿論である。

例えば、ドロー工程において、さほど大きな加工率でプレス成形を行わない場合、換言すれば、深く絞らない場合には、図８に示すように、ホルダ部２２ａ、２２ｂを具備しないプレス成形装置７０を用いるようにしてもよい。すなわち、本発明は、ホルダ部２２ａ、２２ｂを具備するプレス成形装置１０に特に限定されるものではない。

また、図９に示すように、下型１８と上型２０との間でテーラードブランク材１２を押圧するパッド７２を具備するプレス成形装置７４であってもよい。この場合、テーラードブランク材１２に対し、粗加工を予め施すようにしてもよい。

さらに、第１曲折部３４ａ、３４ｂと第２曲折部３８ａ、３８ｂとの間に段差を設けるようにしてもよい。この場合、第１段差部３２ａ、３２ｂ及び第２段差部４２に比して段差を小さく設定すればよい。

さらにまた、テーラードブランク材１２として、厚板と薄板が接合されることで形成されたものに代替し、一枚の板の中に厚肉部１４と薄肉部１６が存在するものを用いるようにしてもよい。

１０、７０、７４…プレス成形装置 １２…テーラードブランク材
１２ｂ…段差部 １４…厚肉部
１６…薄肉部 １８…下型
２０…上型 ２２ａ、２２ｂ…ホルダ部
２６…パンチ部 ２８ａ、２８ｂ…第１傾斜壁部
３０ａ、３０ｂ…第２傾斜壁部 ３２ａ、３２ｂ…第１段差部
３４ａ、３４ｂ…第１曲折部 ３６…第１載置面
３８ａ、３８ｂ…第２曲折部 ４０…第２載置面
４２…第２段差部 ４４…ホルダ本体
４７…段差 ４８…ダイ本体
５０…凹部 ５６ａ、５６ｂ…側壁部
５８…押圧部 ７２…パッド

Claims (3)

1. 薄肉部と厚肉部を有し、前記薄肉部と前記厚肉部との間に段差部が形成されたテーラードブランク材に対してプレス成形を施すプレス成形装置において、
   前記テーラードブランク材を載置する載置面と、前記載置面に曲折部を介して連なり、且つ前記載置面に対して傾斜する方向に延在する傾斜壁部とを有する下型と、
   前記載置面に支持された前記テーラードブランク材を押圧し、該テーラードブランク材を、前記曲折部及び前記傾斜壁部に沿って成形するための上型と、
   を備え、
   前記載置面及び前記傾斜壁部は、それぞれ、前記厚肉部を支持する第１載置面及び第１傾斜壁部と、前記薄肉部を支持する第２載置面及び第２傾斜壁部とを有し、
   前記第１傾斜壁部と前記第２傾斜壁部との間、及び前記第１載置面と前記第２載置面との間に、前記テーラードブランク材の前記段差部に対応した第１段差部及び第２段差部がそれぞれ形成され、
   前記第１傾斜壁部及び前記第２傾斜壁部は、それぞれ、屈曲した第１曲折部、第２曲折部を介して前記第１載置面、前記第２載置面に連なり、
   且つ前記第１曲折部と前記第２曲折部との間に段差がないか、又は、前記第１段差部及び前記第２段差部に比して小さい段差が形成されていることを特徴とするプレス成形装置。
2. 請求項１記載の成形装置において、前記テーラードブランク材の一部を支持するブランクホルダを有することを特徴とするプレス成形装置。
3. 請求項１記載の成形装置において、前記下型と前記上型との間で前記テーラードブランク材を押圧するパッドを有することを特徴とするプレス成形装置。

Images